POJAZDY SZYNOWE 2/2014

Transkrypt

1 ANALIZA PRZYCZYN I SKUTKÓW USZKODZEŃ (FMEA) W ZASTOSOWANIU DO POJAZDÓW SZYNOWYCH dr nż. Macej Szkoda, mgr nż. Grzegorz Kaczor Poltechnka Krakowska, Instytut Pojazdów Szynowych al. Jana Pawła II 37, Kraków tel.: , fax.: e-mal: macek@m8.mech.pk.edu.pl, g.kaczor@m8.mech.pk.edu.pl Słowa kluczowe: analza FMEA, ocena ryzyka, pojazd szynowy. Streszczene W pracy przedstawono wskazówk metodologczne zastosowana analzy FMEA do oceny zagrożeń eksploatacj pojazdów szynowych. Systematyczna metoda oceny ryzyka występowana zagrożeń dla poprawnej eksploatacj pojazdu umożlwa dentyfkację zdarzeń krytycznych a także planowane realzację dzałań prewencyjnych. Szczególną uwagę zwrócono na procedurę postępowana przy aplkacj metody dla potrzeb wymagań branży kolejowej. Opracowano przykładowy arkusz FMEA dla zestawu kołowego jako jednego z podsystemów pojazdu szynowego. Z racj znacznej objętośc tego arkusza, zameszczono jedyne jego fragment. Jako podstawę do opracowana wykorzystano normę IEC 60812:2006, oparto sę równeż na wybranych dokumentach branżowych nnych specjalstycznych opracowanach. 1 WPROWADZENIE Wzrastające wymagana dotyczące bezpeczeństwa pojazdów szynowych, wymuszają koneczność stosowana systemowych metod jego oceny, które stanową połączene klasycznych technk narzędz analzy ryzyka. Jego określene wąże sę przede wszystkm z dentyfkacją rodzajów potencjalnych uszkodzeń, ch przyczyn oraz opsem wpływu na prawdłowe funkcjonowane pojazdu (obektu). Stanow to podstawę do podjęca dzałań zapobegawczych, które mogą zwększyć bezpeczeństwo eksploatacj. Jedną z metod stosowanych do oceny ryzyka jest metoda Falure Mode and Effects Analyss (FMEA). Została ona opracowana w Stanach Zjednoczonych wydana w 1949r. pod postacą dokumentu MIL-P 1629 Procedure for Performng a Falure Mode, Effects and Crtcalty Analyss. Obecne jest stosowana w przemyśle jako metoda wspomagana procesów zarządzana ryzykem przedsęborstwa. Dzęk elastycznośc dopasowana procedury postępowana metody do specyfk analzowanego obektu, może być wykorzystywana szczególne w przypadku złożonych systemów procesów [2,4,8,9,10]. Kluczowym zadanem analzy FMEA jest ocena ryzyka zwązanego z występowanem potencjalnych zagrożeń, które zostały wcześnej zdentyfkowane. Celem analzy FMEA jest równeż podjęce dzałań mogących ogranczyć lub wyelmnować występowane tych zagrożeń, poczynając od tego najbardzej znaczącego a skończywszy na tych margnalnych. Może

2 być ona wykorzystana do zarządzana prorytetam podejmowana określonych czynnośc prewencyjnych. 2 KIEDY WYKONYWAĆ ANALIZĘ FMEA Analza FMEA dla środków transportu szynowego pownna być wykonywana wtedy, gdy potencjalne uszkodzena elementów tych obektów mogą zagrażać bezpeczeństwu zdrowa życa ch eksploatatorów oraz nnych osób przebywających w bezpośrednm otoczenu. Wskazane jest równeż prowadzene tej analzy, gdy nepożądane zdarzena oddzałują na środowsko naturalne. Na rys. 1 przedstawono wykres zależnośc kosztów całkowtych LCC od fazy cyklu życa obektu techncznego. Pod konec fazy projektowana około 15% kosztów całkowtych pojazdu jest już ponesonych, ale aż 95% jest zablokowanych. Rys. 1 Koszty LCC na różnych etapach cyklu życa obektów techncznych [12] 3 PROCES WYKONYWANIA ANALIZY FMEA Proces wykonywana analzy FEMA jest określony w różnych dokumnetach, przykładowo: MIL-STD-1629A, IEC Analyss Technques for system Relablty Procedure for Falure Mode and Effect Analyss (FMEA), BSI BS :1991 Relablty of systems, equpment and components. Gude to falure modes, effects and crtcalty analyss (FMEA and FMECA), IMO MSC Resoluton 36(63) Annex 4 Procedures for Falure Mode and Effects Analyss.

3 Należy zaznaczyć, ż w każdym z ww. dokumentów ops procedury postępowana przy wykonywanu analzy FMEA różn sę w newelkm stopnu. Wynka to z dostosowana możlwośc wykonywana określonych procedur w odrębnych systemach techncznych [12] ZALECENIA Zalecena dotyczące wykonywana analzy FMEA odnoszą sę przede wszystkm do fazy projektowana pojazdów, w której można określć w jakm stopnu czy obekty te będą spełnać określone wymagana zwązane z realzacją swoch funkcj użytkowych. Wczesna dentyfkacja przyczyn potencjalnych uszkodzeń pozwala ogranczyć ch występowane. Może ona wskazywać wybór właścwego procesu technologcznego na etape wytwarzana. Szacuje sę, że ok. 80% możlwych przyczyn nezdatnośc pojazdu, jest wykrywalne na etape projektowana. Wprowadzane zman w konstrukcj pojazdu na etape jego eksploatacj w celu zmnejszena lośc przyczyn neprawdłowego funkcjonowana jest znaczne bardzej kosztowne nż dokonane tego w faze projektowana. Podwyższene nezawodnośc pojazdu w trakce eksploatacj polega w zasadze na jego modernzacj. Jako, że rzeczywsta trwałość nezawodność obektów różn sę od zakładanych welkośc, prowadzene analzy FMEA ne ograncza sę tylko do jednego procesu, lecz wymaga cyklcznego stosowana w celu cągłego doskonalena obektu analzy. Procedurę wykonana analzy FMEA przedstawa rys. 2 [2]. Pojazd Zagrożena Konsekwencje Prawdopodobeństwo wystąpena Łatwość wykryca Ryzyko = S O D Ne Akceptowane Modyfkacje Tak Konec Rys. 2 Procedura wykonana analzy FMEA w odnesenu do pojazdu szynowego (opr. własne na podst. [13]) 3.2. STRUKTURA FUNKCJONALNA POJAZDU Struktura funkcjonalna pojazdu przedstawa relacje zachodzące mędzy jego elementam, które warunkują utrzymane wszystkch wskaźnków eksploatacyjnych w określonych przedzałach w tak sposób, aby ne przekraczały one wartośc grancznych, ne powodując

4 przy tym utraty funkcjonalnośc pojazdu. Aby stworzyć tego typu strukturę należy dokonać dekompozycj pojazdu a następne sporządzć dokumentację z wykazem funkcj użytkowych oraz dopuszczalnym warunkam eksploatacj dla wszystkch jego elementów. Ułatwa to systematyzację przyczyn powstawana uszkodzeń. Przykład schematu unwersalnej struktury pojazdu szynowego przedstawono na rysunku 3. Rys. 3 Schemat unwersalnej struktury pojazdu szynowego z wyszczególnenem wybranych podsystemów elementów [13] 3.3. PRZYGOTOWANIE ARKUSZY FMEA W celu dokonana analzy FMEA należy zgromadzć nezbędne nformacje zwązane z opsem pojazdu szynowego, ukazujące w jakm stopnu uszkodzena poszczególnych elementów wpływają na realzację jego wszystkch funkcj użytkowych. Zbór tych nformacj umeszczany jest w specjalnych arkuszach, których wzory można znaleźć w normach branżowych oraz nnych dokumentach pośwęconych analze FMEA. Wysok stopeń złożonośc współczesnych środków transportu szynowego wymaga czasochłonnego procesu dentyfkacj porządkowana przyczyn oraz skutków uszkodzeń, co znaczne komplkuje procedurę wyznaczana wartośc nezbędnych mar lczbowych. Dlatego też analzy te wspomagane są specjalstycznym oprogramowanem CARE (Computer Aded Relablty Engneerng), które oferują możlwośc tworzena bblotek uszkodzeń a także posadają gotowe zboru parametrów nezawodnośc dla maszyn urządzeń z różnych obszarów dzałalnośc człoweka. Fragment arkusza FMEA dla pojazdu szynowego przedstawono w tabel 1 [1,5,6,7].

5 Severty Occurrence Detecton RPN RPN D O S POJAZDY SZYNOWE 2/2014 Tabela 1 Fragment arkusza FMEA dla pojazdu szynowego Falure Modes and Effects Analyss Przedmot analzy FMEA: Skład zespołu: Koordynator: Data: WAGON TOWAROWY Podsystem/ podzespół Element Rodzaj uszkodzena Skutk uszkodzena Przyczyny uszkodzena Metody wykrywana Zalecane dzałana Odpowedzalny, data Podjęte dzałana Wynk dzałań 1. Układ begowy 1.1 Zestaw kołowy Płaske mejsca na powerzchn tocznej koła Nadmerne podcęce obrzeża koła Wykruszena na powerzchn tocznej koła Pęknęca obwodowe lub promenowe na powerzchn weńca koła Pęknęca obwodowe lub promenowe na powerzchn tarczy koła Wzrost hałasu tocznego Wykolejene wagonu podczas przejazdu na łuku Wzrost hałasu tocznego Pęknece weńca koła, wykolejene wagonu Pęknece tarczy koła, wykolejene wagonu Zablokowane zestawu kołowego podczas jazdy wagonu Jazda po łukach o newelkch promenach Pęknęce termczne na powerzchn tocznej Nadmerny wzrost obcążeń dynamcznych zestawu kołowego Przecążena termczne spowodowane newłaścwym dzałanem hamulca Ocena wzualna stanu powerzchn tocznej Oględzny wzrokowe, pomarowych z wykorzystanem sprawdzanu narzędz Ocena wzualna stanu powerzchn tocznej Ocena wzualna stanu techncznego koła Ocena wzualna stanu techncznego koła

6 OKREŚLENIE POTENCJALNYCH RODZAJÓW USKODZEŃ Rodzaje uszkodzeń pownny być określone dla wszystkch elementów pojazdu. Należy wśród nch wyróżnć take czynnk jak m. n.: uszkodzena całkowtych, uszkodzena częścowych, newłaścwa eksploatacja, uszkodzena unemożlwające zakończene dzałana przed wyznaczonym okresem eksploatacj, uszkodzena powodujące przejśce do stanu nepełnej zdatnośc. Organzacja RAC (Relablty Analyss Center) opracowała specjalny dokument, który ułatwa przyporządkowane rodzaju uszkodzena elementom złożonych systemów techncznych (np. elementom półprzewodnkowym, mechancznym, elektromechancznym, tp.) OKREŚLENIE POTENCJALNYCH SKUTKÓW USKODZEŃ Potencjalne skutk uszkodzeń dentyfkowane są zarówno na pozome elementu (lokalne) jak na pozome całego pojazdu (globalne). Na tej podstawe wyznaczane są wartośc współczynnka Severty (S), które tworzą rankng krytycznych rodzajów uszkodzeń OKREŚLENIE POTENCJALNYCH PRZYCZYN USKODZEŃ W tej sekcj wytypowane zostają najbardzej prawdopodobne przyczyny potencjalnych uszkodzeń. Dzęk ch dentyfkacj ułatwone będze opracowane systemu utrzymana uwzględnającego dzałana beżące prewencyjne, które wpłyną na poprawę nezawodnośc obektu w trakce jego eksploatacj [12] OKREŚLENIE METOD WYKRYWANIA USKODZEŃ Ustalene wytycznych dotyczących zapobegana występowanu uszkodzeń system jest kolejnym etapem analzy FMEA. Istneje wele metod wykrywana potencjalnych zagrożeń, nektóre z nch są wspomagane sprzętowo lub za pomocą specjalstycznego oprogramowana komputerowego. Kluczowe znaczene ma także wprowadzene prewencyjnego sytemu utrzymana [12].

7 WYZNACZENIE WARTOŚCI WSKAŹNIKA RPN Ryzyko wystąpena każdego zdentyfkowanego rodzaju uszkodzena może być wyrażone za pomocą wskaźnka Rsk Prorty Number (RPN), na które składa sę wpływ na dzałane systemu (Severty), prawdopodobeństwo wystąpena uszkodzena (Occurrence), prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca możlwego uszkodzena (Detecton). Wskaźnk RPN jest wyrażony następującą zależnoścą [5]: RPN S O D (1) Wartość Severty S, określane jako stopeń wpływu danego uszkodzena na dzałane systemu. Wg opracowana MIL-STD-1629A jest przedstawana jako mara lczbowa z przedzału <0; 4> (tabela 1) [5]. Wartość Occurrence O jest współczynnkem określającym prawdopodobeństwo wystąpena danego rodzaju uszkodzena. Prawdopodobeństwo to jest zwązane z ntensywnoścą uszkodzeń. Można równeż dokonać kwantyfkacj jakoścowej tego współczynnka (tabela 2) [5]. Wartość Detecon D, jest współczynnkem określającym prawdopodobeństwo wykryca potencjalnego uszkodzena. Parametr ten wprowadza stotny punkt wdzena, który ne zawsze jest brany pod uwagę przy nnego rodzaju analzach. Trudność wcześnejszego wykryca zagrożena dla właścwego dzałana systemu może być przedstawony jako znaczący problem powodujący wzrost wrażlwośc oddzaływana elementów na system (tabela 3) [5]. Tabela 2 Skala współczynnka Severty wg MIL-STD-1629A [5] Wartość Kategora Ops 1 2 Kategora IV o najmnejszym znaczenu Kategora III o mnejszym znaczenu 3 Kategora II krytyczne 4 Kategora I katastrofalne Uszkodzene ne na tyle poważne, żeby mogło powodować zatrzymane dzałana systemu jednak wymaga podjęca neplanowych czynnośc obsługowych Uszkodzene, które może powodować mało znaczące skutk dla poprawnego dzałana systemu. Może powodować obnżene współczynnka gotowośc techncznej systemu Uszkodzene, które może powodować znaczne skutk przyczynające sę do zatrzymana dzałana systemu Uszkodzene, które może powodować straty ludzke lub utratę częśc uzbrojena systemu (np. dla statków powetrznych, czołgów, raket, statków tp.)

8 Tabela 2 Skala współczynnka Occurence wg MIL-STD-1629A [5] Wartość Kategora Ops 1 Pozom E praktyczne nemożlwe 2 Pozom D odległe 3 Pozom C - sporadyczne 4 Pozom B możlwe 5 Pozom A - częste Prawdopodobeństwo wystąpena jest blske zeru w danym okrese eksploatacj. Dla dowolnego rodzaju uszkodzena wynos mnej nż 0,001. Prawdopodobeństwo wystąpena uszkodzena w danym okrese eksploatacj jest wększe nż 0,001 lecz mnejsze nż 0,01 Prawdopodobeństwo wystąpena uszkodzena w danym okrese eksploatacj jest wększe nż 0,01 lecz mnejsze nż 0,1 Prawdopodobeństwo wystąpena uszkodzena w danym okrese eksploatacj jest wększe nż 0,1 lecz mnejsze nż 0,2 Prawdopodobeństwo wystąpena uszkodzena w danym okrese eksploatacj jest wększe nż 0,2 Tabela 3 Skala współczynnka Detecton wg MIL-STD-1629A [5] Wartość Kategora Ops 1 Prawe pewne Prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryce potencjalnego uszkodzena jest blske jednośc. 2 Bardzo wysoke Bardzo wysoke prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 3 Wysoke Wysoke prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 4 Umarkowane wysoke Umarkowane wysoke prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 5 Umarkowane Umarkowane prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 6 Nske Nske prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 7 Neznaczne Neznaczne prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 8 Bardzo neznaczne Bardzo neznaczne prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 9 Odległe Odległe prawdopodobeństwo wcześnejszego wykryca potencjalnego uszkodzena. 10 Praktyczne nemożlwe Praktyczne nemożlwe wcześnejsze wykryce potencjalnego uszkodzena. W normach lteraturze znaleźć można różne propozycje dotyczące lośc kategor ch skal numerycznej. Ilość kategor, ch skala oraz ops pownen być dopasowany do potrzeb obektu, będącego przedmotem analzy, np. pojazdu.

9 OPRACOWANIE PLANU DZIAŁAŃ ZAPOBIEGAWCZYCH Opracowane planu dzałań zapobegawczych jest jednym z najstotnejszych etapów analzy FMEA. Dokonuje sę go wówczas, gdy w ocene zespołu eksperckego wyznaczona wartość wskaźnka RPN jest zbyt wysoka. Proponowane dzałana pownny być uwzględnone w systeme utrzymana pojazdu szynowego. Następne, po ponownym oblczenu wartośc RPN, weryfkowane jest ryzyko wystąpena zagrożena. Jeżel jego pozom jest akcpeptowalny analza FMEA dobega końca, jeżel nadal jest ono powyżej dopuszczalnej grancy podejmowane są kolejne dzałana zapobegawcze [7]. 4 PODSUMOWANIE FMEA jest skuteczną metodą jakoścowego analzy nezawodnośc. Jest stosowana do analzy systemów jak procesów. Ustala systematyczne podejśce wymagające znajomośc wszystkch znanych lub spodzewanych rodzajów uszkodzeń. Zwykle przeprowadzene analzy FMEA skutkuje podjęcem dzałań mających na celu zredukowane lośc uszkodzeń a następne ponownej analze wartośc RPN weryfkacja słusznośc podjętych dzałań. Kładąc nacsk na punkt wdzena konsumenta, zwększona nezawodność efektywność dzałana produktu. Bblografa [1] Chruzk K., Drzeweck A., Wachnk R.: Wykorzystane metody FMEA do oceny ryzyka w MMS. Zeszyty Naukowe Poltechnk Śląskej. Sera: TRANSPORT z. 81/2013, s [2] Folajewska A.: Analza FMEA zasady, komentarze, arkusze. Verlag Dashofer Sp. z o.o. Warszawa, [3] Lttle Davd M. : Falure Modes and Effects Analyss. Tyco Electroncs Corp. [4] Kaczor G.: Nezawodność wybranych par cernych perśceń tłokowy - tuleja cylndrowa. Czasopsmo Technczne z. 9-M/2012r., [5] Manzn R, Regatter A, Pham H, Ferrar E. Mantenance for Industral Systems. Sprnger-Verlag Gmbh, [6] O Conor PDT, Newton D, Bromley R. Practcal Relablty Engneerng. 4th ed. John Wley & Sons Ltd.; [7] Pamuła W.: Nezawodność bezpeczeństwo. Wybór zagadneń. Wydawnctwo Poltechnk Śląskej. Glwce [8] Starz M., Chruzk K., Wachnk R.: Zastosowane metod RAMS FMEA w systemach zarządzana bezpeczeństwem kolejowym. Journal of KONBIN 4(24)2012. [9] Szkoda M. Assessment of Relablty, Avalablty and Mantanablty of Ral Gauge Change Systems, Eksploatacja Nezawodnosc Mantenance and Relablty, 2014 (w druku). [10] Szkoda M. Wskaźnk nezawodnośc środków transportu szynowego, Logstyka 3/2012, [11] Vllacourt M.: Falre Mode and Effects Analyss (FMEA): A Gude for Contnuous Improvement for the Semconductor Equpment Industry. SEMATECH Inc., 1992.

10 [12] Gudance on Falure Mode & Effects Analyses (FMEAs). The Internatonal Marne Contractors Assocaton (IMCA). IMCA M 166, Aprl [13] PN-IEC 60812:2006, Technk analzy neuszkadzalnośc systemów Procedura analzy cyklu życa. PKN, Warszawa 2006.